[發明專利]一種面向高速運動物體的紅外圖像模糊校正方法

在審

• 申請號: 202110799635.2
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113538374A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 饒鵬;陳忻;張淑媛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 劉潔

本發明公開了一種面向高速運動物體的紅外圖像模糊校正方法，具體如下：同步獲取退化圖像及當前退化圖像對應的高速運動狀態參數；根據高速運動狀態參數，從先驗退化函數庫中選擇先驗退化函數；對退化圖像進行特征顯著性區域優選；定義基于先驗信息約束的氣動光學效應校正的最小化代價函數；利用金字塔原理求取不同尺度下的模糊核，通過先驗模糊核對每層估計結果進行約束，得到圖像尺度下的估計模糊核；根據估計的退化模糊核，通過非盲圖像復原算法，得到校正后的圖像；評價模糊核的估計質量，更新先驗模糊核庫。本發明基于氣動理論模型和試驗數據的先驗知識，結合金字塔原理實現了對氣動光學畸變圖像的智能校正。

技術領域

本發明屬于氣動光學、航天科技與信息處理相結合的交叉技術領域，特別是涉及一種面向高速運動物體的紅外圖像模糊校正方法。

背景技術

氣動光學效應是一門交叉學科。搭載了光學成像系統的飛行器在大氣中高速飛行時，其頭部的光學頭罩和大氣發生劇烈的相互作用，形成激波、膨脹波、湍流邊界層等多種復雜的流場結構，對光學成像探測系統造成氣動熱、熱輻射和光學圖像傳輸干擾效應，引起成像模糊、偏移和抖動，這種效應稱為氣動光學效應。飛行器速度越高,氣動光學效應越嚴重，光學窗口周圍的復雜流場導致光線傳輸介質折射率具有不均勻性，在光線傳輸時會造成波前畸變、抖動、偏移等效應，進而會嚴重降低成像質量，導致光學系統接收到已畸變的模糊圖像。因此，研究如何實現機載氣動退化圖像質量的校正，具有非常重要的價值。

傳統的數字圖像校正算法都是在退化函數已知的情況下進行校正的，即先確定點擴展函數或其參數，然后利用諸如逆濾波和維納濾波這樣的方法恢復圖像。但是由氣動光學效應引起的復雜流場，其點擴展函數是無法提前預知的，而且是隨機變化的，難以確定其光學傳遞函數，因此目前針對圖像的氣動光學效應校正技術，主要是利用僅有的先驗知識進行盲目卷積算法，缺點是適用性差，自適應能力差，穩定性難以保障，而且一般需要復雜的迭代計算，耗時較長。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供了一種面向高速運動物體的紅外圖像模糊校正方法。

本發明所采用的技術方案是：

一種面向高速運動物體的紅外圖像模糊校正方法，包括如下步驟：

步驟一：同步獲取退化圖像及當前退化圖像對應的高速運動狀態參數；

步驟二：根據高速運動狀態參數，從退化函數庫中選擇初始化模糊核；

步驟三：對退化圖像進行特征顯著性區域優選：

步驟四：定義基于先驗信息約束的氣動光學效應校正的最小化代價函數：

步驟五：利用金字塔原理求取不同尺度下的模糊核，通過先驗模糊核對每層估計結果進行約束，得到圖像尺度下的估計模糊核；

步驟六：根據估計的退化模糊核，通過非盲圖像復原算法，得到校正后的圖像；

步驟七：評價退化圖像與校正圖像的質量，當圖像質量提升數值大于閾值時，更新先驗退化函數庫，否則增加步驟五中金字塔求解的迭代次數，重新執行步驟二至步驟六處理過程。

其中，步驟二中先驗退化函數庫的生成方法具體如下：

首先通過流體建模、風洞實驗的方法，得到典型高速運動狀態參數下的氣動光學效應強度參數σ_t；

通過擬合方法，得到強度參數σ_t與高速運動狀態參數的連續映射關系，擬合方法包括多項式擬合、高斯擬合、最小二乘擬合；

建立氣動光學效應連續退化函數模型：

其中，ω_i為權重參數，σ_t為強度參數，x_i和y_i為偏移量控制參數；